復雜型面數控加工工藝及編程技術研究

畢海波

【摘要】 復雜型面數控加工是指以CAD/CAM為基礎的切削仿真及其后置程序處理。其中，切削仿真主要應用于數控程序檢驗，而后續程序處理主要為刀具軌跡的調整和處理，是對CAD/CAM編程功能的補充。為提高復雜型面數控加工質量和加工效率，文章以其核心技術，即CAD/CAM為基礎研究了切削仿真及其后續程序處理在產品數控加工中的應用。

【關鍵詞】 復雜型面 數控加工 加工工藝 編程 技術

機械制造行業具有產品復雜、精度高等特點。針對復雜型面的數控加工工藝應不斷更新。目前，CAD/CAM是數控切割的核心技術，為滿足機械制造產品的需求，還應結合切削仿真和后置處理，確保產品質量，促進行業發展。

一、復雜型面CAD/CAM編程技術

CAD/CAM編程技術以計算機軟件為核心，通過坐標系確立、切削參數確定等完成編程，是復雜型面數控加工的基礎。以航空燃油附件殼體為例將其加工工藝和編程技術做如下分析：

1.1加工坐標系建立

加工坐標系是數控刀位源文件生成的基礎，坐標原點和運動方向的確立是其主要任務。其中坐標原點的確立方便對刀和尺寸轉換。而運動方向則要根據裝夾擺放位置最終確定。

1.2加工區域和刀具確定

不同復雜型面的設計工藝存在差異，這要求在加工過程中采取針對性的工藝方案，對加工區域進行細化并使用對應的刀具。加工區域的確定要求設計人員掌握更專業的編程技術，從而提高效率和質量。同時不同結構性能要求加工者采用精加工、粗加工等不同的加工方式，有效取出多余材料，確保加工余量均勻。根據不同工藝和材料選擇合理的刀具，減少換刀次數。

1.3走刀路徑設計和控制

走刀路徑對確定可防止過切現象，確保產品切割質量，其是工步的內容和順序的反映。對于復雜型面來說，走刀路線應滿足盡量縮短路線、減少空程等條件。根據設計需求和多年的經驗我們將復雜型面的數控加工走刀路徑設計如下：

（1）走刀路徑必須短切避免空刀。即走刀路徑與機床坐標軸之間呈0°或90°切削，可有效減小誤差。而之于加工中心零件與坐標軸存智或者平行。（2）確保刀具切割的連續性，過多的提刀轉移將降低生產效率，并且易出現誤差。（3）對于深腔結構設計，主要設計工藝為確保其側壁的成形，另外還要降切割過程對刀具的影響。綜合上述要求我們選擇由上向下逐層繞行的切削方式。

簡單刀路是復雜型面數控加工的主要要求，一方面可提高效率，降低誤差，確保走刀的準確性。一方面可提高刀具的使用壽命。但刀具與坐標軸平行或垂直還需要通過切割過程具體確定。

二、切削仿真技術的應用

切削仿真主要用于校驗數控刀具的軌跡是否正確，以確保切削質量。實現了對CAD/CAM簡單刀具軌跡校驗功能的補充，適用于航天制造等產品的復雜型面加工。切削仿真的應用技巧如下：毛坯幾何體的尺寸以未加工的毛料尺寸為主。根據切削需求確定裝夾壓緊方式，確保足夠的切削刀具長度，使刀具軌跡按照要求行進，提高安全系數，確保切削量和退刀安全。編程人員作為設計者，應做到對程序運行和程序變更正確預測。第二：根據設計人員所設計的CAD 模型直接進行切削仿真。一方面節省了設計時間。另一方面有效防止過切問題，降低加工報廢率。對于G00快速移動代碼來說，切削仿真技術并不能確保走刀方向的準確性，容易出現碰撞或者過切問題。在復雜型面數控加工過程中，要熟悉編程軟件，確定正確的加工流程，確保工藝制定的針對性。后置程序是將文本文件轉化為可被數控系統接受的文件，是CAM編程的最后一道工序。不同機床在工作中所需的NC 代碼不同，而后置程序處理的目的就在于將刀具路徑轉化為與之相適應的代碼。以航空制造企業產品數控加工為例，將后置程序處理流程分析如下：（1）制定產品加工后置程序處理標準，本文采用MAHO.MDFA 與HAAS.MDFA兩個標準，用于轉化刀位源代碼。（2）采用直線插補與圓弧插補指令完成產品的數控編程，進行復雜弧面的三維加工。（3）針對航空燃油附件殼體的特點，將其切削中的G代碼定義為G01、G02、G03格式，分別代指直線插補、順時針圓弧插補和逆時針圓弧插補，以達到簡化程序、便于修改的目的。航空制造企業產品以三維弧面為主，具有復雜性特征。手工修改很難實現。而通過加工仿真可生成新工藝和數控加工流程，滿足大范圍工藝修改的要求，提高效率和質量。

三、總結

數控加工是航空制造行業產品和零件復雜型面的主要加工方法。CAD/CAM技術是目前行業應用的核心技術，通過CAD/CAM技術和切削仿真的應用可大大提高產品切割和設計的準確度，從而提高產品質量和生產效率。未來，切削仿真技術將進一步完善，從而解決更多程序的走刀問題，促進行業發展。

參 考 文 獻

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